DE1164057B

DE1164057B - Drehgelenk fuer einen ferngesteuerten Manipulator

Info

Publication number: DE1164057B
Application number: DEG27932A
Authority: DE
Inventors: Donald Franklin Melton; Thomas Reed James
Original assignee: General Mills Inc
Current assignee: General Mills Inc
Priority date: 1958-09-19
Filing date: 1959-09-11
Publication date: 1964-02-27
Also published as: CH384319A; BE582791A; GB880153A; US3033059A; FR1249842A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES '/fflTW> PATENTAMT Internat. Kl.: B 66 c

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 35 b - 6/25

1 164 057
G 27932 XI/35 b 11. September 1959 27. Februar 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehgelenk für einen ferngesteuerten Manipulator mit einem motorangetriebenen, treibenden und einem getriebenen Gelenkteil.

Derartige Manipulatoren werden beispielsweise zur Handhabung von gesundheitsgefährdende α-, β- oder ^-Strahlung abgebenden Stoffen verwendet.

Bei einem derartigen bekannten Manipulator wurde das Drehgelenk von einem Motor angetrieben, der im allgemeinen als hydraulischer Motor ausgebildet war. Mittels Zahnrädern wurde die Kraft auf eine vertikal angeordnete und parallel zur Motorwelle liegende erste Antriebswelle übertragen. Am unteren Ende der ersten Welle befand sich eine Schnecke, die mit einem Schneckenrand im Eingriff stand. Die Kraft wurde auf eine horizontal liegende Welle übertragen, die wiederum eine Schnecke besaß, die mit einem Schneckenrad zusammenarbeitete, das sich auf einer vertikalen Hohlwelle befand. Diese Welle stand über Keile od. dgl. mit einer koaxial angeordneten weiteren ao Hohlwelle in Drehverbindung, auf deren Ende ein Kegelrad aufgesetzt war, das wiederum mit einem weiteren Kegelrad kämmte. Die Achse dieses Kegelrades war horizontal angeordnet. Dieses letztere Kegelrad war fest mit dem getriebenen Gelenkteil verbunden.

Der Bauumfang, insbesondere die axiale Erstreckung des Drehgelenkabschnittes des Manipulators, war bei dieser bekannten Ausführung außerordentlich groß. Dies beruhte insbesondere darauf, daß zur notwendigen Untersetzung zwei Schneckenantriebe und ein Kegelräderantrieb verwendet wurden. Hierbei bestand die Notwendigkeit, von einer vertikalen Welle auf eine horizontale Welle, dann wieder auf eine vertikale und endlich wieder auf eine horizontale Welle überzugehen. Das gesamte Untersetzungsverhältnis konnte zwar herabgesetzt werden, was jedoch zur Folge hatte, daß ein niedertouriger Antriebsmotor verwendet werden mußte. Dieser besaß jedoch bei gleicher Leistung einen größeren Bauumfang. Dadurch wurde der erzielte Raumgewinn bei Einsparung eines Getriebes durch die notwendige Vergrößerung des Motors wieder zunichte gemacht. Allgemein treten bei der Herstellung von Manipulatoren zwei Probleme auf. Die Drehgelenke müssen einmal einen sehr kräftigen Antrieb erhalten, und zum anderen muß das gesamte Getriebe einschließlich Antrieb und Abtrieb äußerst raumsparend angeordnet werden. Bei vorgegebener Antriebsleistung eines Motors besitzt ein schnellaufender Motor ein geringes Bauvolumen. Dieser hochtourige Motor erfordert aber eine größere Untersetzung, was den Drehgelenk für einen ferngesteuerten Manipulator

Anmelder:

General Mills, Inc., Minneapolis, Minn.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt, Frankfurt/M., Schneekenhofstr. 27

Als Erfinder benannt:

Donald Franklin Melton, Minneapolis, Minn., Thomas Reed James, St. Paul, Minn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 19. September 1958 (Nr. 762 144)

notwendigen Raum für das Getriebe vergrößert. Die Einsparung an Raum beim Motor hat im allgemeinen einen progressiven Anstieg des Bauumfanges für das Getriebe zur Folge.

Die bekannten Drehgelenkantriebe für Manipulatoren arbeiteten deshalb bisher mit einem mitteltourigen Antriebsmotor.

Aufgabe der Erfindung ist es, die den bekannten Drehgelenken für ferngesteuerte Manipulatoren anhaftenden Nachteile zu vermeiden und insbesondere den Bauumfang eines solchen Drehgelenkes erheblich zu verkleinern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzielung einer äußerst raumsparenden Bauweise in dem treibenden Gelenkteil ein hochtouriger Motor und ein Untersetzungsumlaufrädergetriebe mit parallel zueinander liegenden Getriebewellen angeordnet sind, wobei die den getriebenen Gelenkteil tragende Abtriebswelle hohl ist und koaxial die Antriebswelle des Untersetzungsumlaufrädergetriebes umfaßt, das in einem Schenkel des U-förmig ausgebildeten treibenden Gelenkteils untergebracht ist, zwischen dessen Schenkeln sich der Motor erstreckt und in dessen anderem Schenkel das Motorritzel und ein mit diesem kämmendes, die Verbindung zur Antriebswelle herstellendes Zahnrad angeordnet sind. Das verwendete Untersetzungsumlaufrädergetriebe ist an sich bekannt. Es arbeitet als Differentialuntersetzungsgetriebe, und es ist mit

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ihm möglich, eine Untersetzung von 2000 UpM auf 1 UpM zu erzielen. Die außerordentlich Platz sparende Anordnung beruht im wesentlichen darauf, daß sämtliche Wellen des Drehgelenks parallel zueinander liegen.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist in dem das Motorritzel enthaltenden Schenkel eine Schleifkupplung vorgesehen, die in der Triebverbindung zwischen Motor und Antriebswelle liegt.

Eine sehr vorteilhafte Ausbildung des Untersetzungsumlaufrädergetriebes besteht darin, daß ein fest auf der Antriebswelle gelagertes, treibendes Sonnenrad vorgesehen ist, das mit der einen, mit der

schwenken der nachgeschalteten Abschnitte um eine horizontale Achse und aus folgenden Abschnitten, die die Funktion eines menschlichen Arms besitzen und auch entsprechend bezeichnet werden sollen: 5 Oberarm 18, Ellbogen 19, Unterarm 20, Handgelenk 21 und Finger 22. Alle Gelenke weisen entsprechende Antriebsmittel auf, wie sie für das Drehgelenk 10 beschrieben werden.

Das Drehgelenk 10 besitzt einen treibenden Gelo lenkteil 23, der an dem drehbaren Abschnitt 17 des Manipulators 11 mittels eines Flansches od. dgl. befestigt ist. Der treibende Gelenkteil 23 ist U-förmig ausgebildet und besitzt zwei hohle Schenkel 29 und 30. Zwischen den beiden Schenkeln ist in einer Öff-

undrehbar im Antriebsgehäuse befestigten Innen- 15 nung25 ein hochtouriger Motor 24 mit Motorwelle verzahnung in Eingriff stehenden Verzahnung zwei- 35 und Motorritzel 36 angeordnet, der über Kabel 15' stufiger Umlaufräder kämmt, deren zweite Verzahnung mit dem mit der hohlen Abtriebswelle verbun

denen innenverzahnten Zahnrad kämmt. Mit dieser

gespeist wird. Die innenliegenden Seitenwände 26 besitzen Bohrungen, in denen Lager 28 eingesetzt sind, die eine hohle Abtriebswelle 27 mit Bohrung 41 lagern. Anordnung des Untersetzungsumlaufrädergetriebes 20 In dem einen Schenkel 29 befindet sich die Motorwird der erhebliche Vorteil erreicht, daß das Unter- welle 35 mit dem Motorritzel 36, ein mit dem Motorsetzungsumlaufrädergetriebe eine große Leistung ritzel kämmendes Zahnrad 37, benachbart dessen übertragen kann. beiden Stirnwänden zwei Scheiben 38 und 39 einer

Das Gesamtgewicht eines Manipulators kann bei Schleifkupplung angeordnet sind, während im andeder erfindungsgemäßen Ausbildung erheblich redu- 25 ren Schenkel 30 ein Untersetzungsumlaufrädergetriebe ziert werden. Wird nämlich der Antrieb für das letzte vorgesehen ist. Der getriebene Teil besteht aus dem Gelenk an dem Manipulator mit einem um etwa Gelenkteil 31 mit Befestigungsscheibe 32 und Lager-50°/o geringeren Gewicht ausgeführt, so können samt- körper 33. Mit einem Keil 50 wird der getriebene Geliche, diesem Gelenk übergeordnete Antriebe in ihrer lenkteil 31 mit der Abtriebswelle 27 gegen eine ReIa-Leistung und damit in ihrer Größe reduziert werden. 30 tivdrehung gesichert verbunden. Die Schleifkupplung Diese Verringerung wirkt sich auch auf das Getriebe besteht aus den beiden Scheiben 38 und 39, von aus, so daß die einzelnen Getriebe ebenfalls Nutzen denen die Scheibe 39 auf einer Antriebswelle 40 aus der Gewichtsverringerung nur eines einzigen befestigt ist. Benachbart der Scheibe 39 ist eine in an Drehgelenkes ziehen. Mit der Erfindung wird somit sich bekannter Weise ausgebildete Druckeinheit 51, in überraschender Weise folgender erheblicher Vor- 35 bei deren Betätigung die beiden Scheiben gegeneinteil erreicht: Da sich eine Gewichtsersparnis eines andergepreßt werden, wodurch erreicht wird, daß Drehgelenkes auf sämtliche Motoren und Getriebe die Scheibe 39 von dem Zahnrad 37 infolge Reibwirder übergeordneten Drehgelenke auswirkt, nämlich kung mitgedreht wird. Durch Betätigung der Druckderart, daß die Einsparung sowohl an den Her- einheit 51 kann der Kraftfluß vom Motor 24 auf die stellungs- als auch an den Betriebskosten des Gesamt- 40 Antriebswelle 40 unterbrochen werden,
manipulators exponentiell von der einfachen Ein- Die Antriebswelle 40 ist in Lagern 42 innerhalb

sparung des Gewichts an einem unteren Gelenkteil der Bohrung 41 der Abtriebswelle 27 gelagert. Sie abhängig ist, hat die Verringerung des Bauumfangs erstreckt sich durch die beiden Schenkel 29 und 30 und¹ des Gewichts eines Drehgelenks gemäß der Erfin- hindurch. Nahe dem einen Lager 42 befindet sich auf dung eine erhebliche Einsparung an Herstellungs- und 45 der Antriebswelle 40 ein Sonnenrad 43 zum Antrieb Betriebskosten des Gesamtmanipulators zur Folge. des im Schenkel 30 angeordneten Untersetzungsum-In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines laufrädergetriebes.

Manipulators gemäß der Erfindung dargestellt. Es Der Schenkel 30 bildet im wesentlichen das Gezeigt häuse für das Untersetzungsumlaufrädergetriebe. Das

Fig. 1 eine Perspektive Ansicht eines Manipu- 50 Sonnenrad43 ist von einem Planeten-Zahnradkäfig lators, 44 umgeben, der zwei selbstzentrierende Planeten-

Fig. 2 eine Ansicht eines Drehgelenks des Mani- differential-Zahnräder aufweist, die als zweistufige pulators, Umlauf räder 45 ausgebildet und auf Zapfen 46 dreh-

F i g. 3 einen Schnitt durch das Drehgelenk, und bar sind. Diese Zapfen 46 sind im Käfig 44 befestigt.

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der 55 Jedes Planetenrad ist doppelt verzahnt, und zwar mit Fig. 3. einer Verzahnung45α und einer Verzahnung45δ.

Der Manipulator 11 besitzt ein Drehgelenk 10 Die getriebene Verzahnung 45 a weist einen kleineren (Fig. 1). Der Manipulator 11 hängt von einem Ge- Durchmesser als die treibende Verzahnung45b auf. häuse 12 herab, das auf Gleitstangen 13 verschiebbar Die Verzahnung 45 α steht mit einem innenverzahnten angeordnet ist. Von einer Energiequelle 14 wird dem 60 Zahnrad 48 und die Verzahnung 45 b mit einer Innen-Manipulator über ein Kabel 15 Strom zugeführt. verzahnung 47 im Eingriff. Derartige Differential-

Der Manipulator besteht im wesentlichen aus einem teleskopartigen Abschnitt 16 zum Heben und Senken der nachgeschalteten Abschnitte, einem drehbaren Abschnitt 17, der bewirkt, daß die nachgeschalteten Abschnitte um seine senkrechte Achse drehbar sind, dem Drehgelenk 10, dessen Ausbildung den Gegenstand der Erfindung bildet, zum Ver-

planetengetriebe sind bekannt. Die außerordentlich
große Untersetzung wird dadurch erreicht, daß ein
geringer Unterschied in der Zahl der Zähne der bei-65 den Verzahnungen eines Planetenrades besteht.

Die Innenverzahnung 47 ist mittels Schrauben 52
an der Außenwand des Schenkels 30 befestigt. Das
Zahnrad 48, das von der Verzahnung 45 α der Um-

Iaufräder45 gedreht wird, ist mit einem Drehkreuz 49 verbunden, das an der Abtriebswelle 27 beispielsweise durch Kerbverzahnung befestigt ist.

Durch Wirkung der Zahnräder 36 und 37 sowie des Umlaufrädergetriebes wird die Drehzahl des Motors 24 derart stark untersetzt, daß im Betrieb die Bewegung des getriebenen Gelenkteils 31 nur mit geringer Geschwindigkeit erfolgt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, liegen sämtliche Wellen des Drehgelenks im allgemeinen horizontal, so daß die Drehbewegung der Motorwelle 35 in eine Schwenkbewegung des getriebenen Gelenkteils und damit sämtlicher nachgeschalteter Manipulatorabschnitte um eine horizontale Achse umgewandelt wird. Falls die Last, die am Arm des Manipulators angehoben werden soll, zu groß ist, beginnt das Zahnrad 37 zwischen den Schleifkupplungsscheiben 38 und 39 zu schleifen. Dadurch wird vermieden, daß das Untersetzungsumlaufrädergetriebe beschädigt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Drehgelenk für einen ferngesteuerten Manipulator mit einem motorangetriebenen, treibenden und einem getriebenen Gelenkteil, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer äußerst raumsparenden Bauweise in dem treibenden Gelenkteil (23) ein hochtouriger Motor (24) und ein Untersetzungsumlaufrädergetriebe mit parallel zueinander liegenden Getriebewellen angeordnet sind, wobei die den getriebenen Gelenkteil (31) tragende Abtriebswelle (27) hohl ist und koaxial die Antriebswelle (40) des Untersetzungsumlaufrädergetriebes umfaßt, das in einem Schenkel (30) des U-förmig ausgebildeten treibenden Gelenkteils (23) untergebracht ist, zwischen dessen Schenkeln (29, 30) sich der Motor (24) erstreckt und in dessen anderem Schenkel (29) das Motorritzel (36) und ein mit diesem kämmendes, die Verbindung zur Antriebswelle (40) herstellendes Zahnrad (37) angeordnet sind.

2. Drehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem das Motorritzel (36)

ίο enthaltenden Schenkel (29) eine Schleifkupplung (38, 39, 51) vorgesehen ist, die in der Triebverbindung zwischen Motor (24) und Antriebswelle (40) liegt.

3. Drehgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsumlaufrädergetriebe in an sich bekannter Weise ein fest auf der Antriebswelle (40) gelagertes, treibendes Sonnenrad (43) aufweist, das mit der einen, mit der undrehbar im Getriebegehäuse (Schenkel

30) befestigten Innenverzahnung (47) im Eingriff stehenden Verzahnung (45 V) zweistufiger Umlaufräder (45) kämmt, deren zweite Verzahnung (45 a) mit dem mit der hohlen Abtriebswelle (27) verbundenen innenverzahnten Zahnrad (48) kämmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 822 094;
Getriebeblätter AWF 606 B »Rückkehrende Umlaufrädergetriebe«, »Ausschuß für wirtschaftliche Fertigung«, Berlin 1927, Bild 14;

»GEC-Bulletin« der General Electric Company, April 1958, S. 46.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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